LED光源對3個玉簪品種葉片凈光合速率的影響

任倩倩，張京偉，王新語，劉學慶，張英杰，楊曉芬，孫紀霞

（1.煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005；2.煙臺市農業科學研究院，山東 煙臺 265500；3.五洲豐農業科技有限公司，山東 煙臺 264000）

光在植物的生理生化過程中起著至關重要的作用。植物組織培養中最常用光源為熒光燈、白熾燈和LED。通過對熒光燈和白熾燈的利用研究發現，植物除吸收有效波長外，還吸收其它無效波長。相對而言，LED可以減少能耗，具有較高的光電轉化效率［1］，近幾年已應用于非洲菊［2］、紅掌［3］、金線蓮［4］、蝴蝶蘭［5］等花卉的組織培養中，成為組培苗生長發育研究的熱點。

玉簪為百合科玉簪屬多年生宿根草本花卉，其葉色豐富、葉形多變、花朵嬌艷，是一種優良的花葉共賞且耐陰的地被植物，在城市園林綠化中發揮著重要作用［6，7］。目前，為解決分株繁殖系數較低問題，玉簪的規模化繁育主要采用組織培養方式。然而，組培過程中的一些關鍵技術問題，尤其是高效、快速、低能耗的培養體系尚不夠成熟。因此優化組培方案，改進玉簪生長、繁殖環境，進而提高組培苗的生長速率是玉簪屬植物組培育苗的重中之重。楊鎖寧等［8］研究表明，紅光有利于植物生長，而藍光抑制莖的伸長。460 nm左右的藍光和660 nm左右的紅光是植物最需要的光波，對植物生長發育起關鍵性作用［9］。但玉簪屬植物組培過程中，不同光質和光強對其光合作用的影響尚不明確［10］。基于此，本試驗以3個玉簪品種組培苗為材料，研究五種光質及兩種光強對其凈光合速率的影響，旨在進一步明確栽培環境中光質、光強互作條件對玉簪苗分化、生長的影響，為玉簪組培苗的快速繁育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為繼代4次的玉簪品種‘寵物’（Hosta‘Love Pat’）、‘精毯’（Hosta‘Ground Master’）和‘黃皺葉’（Hosta‘Huangzhouye’）的組培苗。

1.2 試驗方法

采用30 W 的LED植物照明燈作為試驗光源，光強分別設置為40 lx和100 lx，不同光質處理分別為100%紅光（R）、70%紅光+30%藍光（7R3B）、50%紅光+50%藍光（RB）、30%紅光+70%藍光（3R7B）、100%藍光（B），以飛利浦T5 28 W 熒光燈（50%紅光+35%綠光+15%藍光）為對照（CK），共計10組處理和2組對照，部分處理見圖1。光源距瓶口均為20 cm。培養瓶容積100 mL，每瓶放置兩個芽。每品種處理15瓶，重復3次。

圖1 40 lx光強條件下不同光質配比的LED光源與熒光燈

1.3 凈光合速率的測定

采用LI-6400便攜式光合儀（LICOR Inc，USA）測定葉片凈光合速率。于晴天上午8∶00之后，每處理選取植株健壯、葉多且葉面積較大的3棵組培苗，每棵測量3片葉。儀器采用開放式氣路，每測量一個處理設置一次光質配比和光強大小。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進行數據處理，IBM SPSS 21.0軟件進行方差分析，Duncan’s法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 光質對3個品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

5種光質處理和對照在40 lx和100 lx兩種光照強度下玉簪葉片凈光合速率的平均值結果如表1所示，可知光質對3個品種玉簪組培苗葉片凈光合速率具有明顯影響，且部分處理間差異顯著（P＜0.05）。其中‘寵物’玉簪葉片凈光合速率對光質的響應較為強烈，7R3B處理的凈光合速率最高，達到1.070μmol/（m2·s），高于對照12.63%；B處理最低，僅為0.326 μmol/（m2·s），比對照降低65.68%。不同光質對‘黃皺葉’玉簪葉片凈光合速率的影響也較為明顯，表現為RB處理最高，為1.033μmol/（m2·s），高于對照8.17%，7R3B處理稍高于對照，3R7B處理最低，比對照降低27.85%。‘精毯’玉簪的葉片凈光合速率受光質影響小，各處理間差異不顯著，7R3B條件下凈光合速率最高，比對照高出11.33%，B處理最低，為1.038 μmol/（m2·s），比對照降低18.91%。由此可見，不同光質條件對‘寵物’玉簪葉片凈光合速率的影響較大，該品種適合作為分析外界光源影響的模式玉簪品種。從不同光質對玉簪組培苗的影響來看，紅光比例較高的復合光源7R3B比較利于葉片凈光合速率的提升，7R3B處理的‘寵物’和‘精毯’玉簪組培苗的葉片凈光合速率最高，‘黃皺葉’品種的較高。藍光比例較高則對葉片凈光合速率具有消極影響。

表1 不同光質對3個品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

2.2 光強對3個品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

不同光強條件下，5種光質處理及對照的玉簪葉片凈光合速率平均值結果如表2所示，可知光強對3個玉簪品種的影響與光質的影響較為一致：‘寵物’玉簪對光強較為敏感，而‘精毯’玉簪對光強不敏感，不同光強條件下無明顯差異。‘寵物’和黃皺葉’玉簪在100 lx光強下的葉片凈光合速率均顯著高于40 lx。

表2 不同光強對3個品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

2.3 光質和光強互作對3個品種玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響

由表3可以看出，‘寵物’玉簪在CK×40 lx處理下的葉片凈光合速率最高，達到1.541μmol/（m2·s），其次是7R3B×40 lx處理，B×100 lx處理最低，僅為0.309μmol/（m2·s）。‘黃皺葉’玉簪在RB×40 lx處理條件下葉片凈光合速率最高，達到1.153 μmol/（m2·s），其次是CK×40 lx處理，3R7B×40 lx處理的葉片凈光合速率最低，為0.685μmol/（m2·s）。而‘精毯’玉簪葉片凈光合速率在7R3B×100 lx處理下最高，其次為CK×40 lx處理，RB×100 lx處理下最低。綜上可知，熒光燈光源對玉簪組培苗葉片凈光合速率的影響優于LED光源，其在‘寵物’玉簪上表現的最為明顯。

表3 不同光質和光強組合對3個品種玉簪葉片凈光合速率的影響 ［μmol/（m2·s）］

由表4可以看出，光質和光強互作對‘寵物’玉簪葉片凈光合速率有極顯著影響（P＜0.01），對‘黃皺葉’和‘精毯’玉簪有顯著影響（P＜0.05）。

表4 光質和光強互作對3個品種玉簪葉片凈光合速率影響的方差分析

3 討論與結論

LED是一種具有高光能利用效率、體積小、穩定性強、光譜性能好、壽命長等優點的新型光源，在植物組織培養中表現出逐漸取代傳統光源的趨勢［11，12］。LED光源可通過調整輻射光譜的波段控制紅光、藍光的比例，使其波段完全處于植物可吸收的范圍，從而使光能完全被植物利用，大大提高生物能效［13］。

除光照強度、光照時間能夠對植物生長發育產生影響外，光質也是一個重要影響因子［14］，其對組培苗的伸長生長與生物量積累均具有一定促進作用［15］。光合速率的高低是衡量植物生長的重要指標，通常光合速率高的植物能在短時間內快速積累大量營養物質，更有利于植物形態建成。蒲高斌等［16］研究發現，紅光、藍光處理下的番茄光合速率顯著高于對照與黃光、綠光等處理，說明紅光、藍光條件下番茄幼苗水分代謝比較旺盛。Kim等［17］發現菊花凈光合速率在紅藍復合光條件下達到最大，在純藍光下最低。本試驗結論同樣證實，不同光質比例對玉簪組培苗的凈光合速率存在明顯影響，‘寵物’、‘精毯’玉簪組培苗的葉片凈光合速率在70%紅光+30%藍光條件下達到最高，‘黃皺葉’玉簪則在50%紅光+50%藍光條件下達到最高值，‘寵物’、‘精毯’玉簪在純藍光條件下凈光合速率最低。這與謝苗苗等［18］在研究不同LED光質對礬根組培苗生長指標影響時得出的結論一致。而‘黃皺葉’玉簪的葉片凈光合速率在純藍光條件下較低，在30%紅光+70%藍光下最低。因此，紅光比例較高的復合光源比較利于組培苗凈光合速率的提升。這與劉振威［19］、陳星星［20］等分別對辣椒、白掌的研究結果較為一致。而藍光對于玉簪組培苗的光合作用起到一定的抑制作用，但藍光的這一作用是否強于黃光、綠光本試驗未做證實。

通過對光強的研究，本試驗得出‘寵物’和‘黃皺葉’玉簪對光照條件改變較為敏感，‘精毯’玉簪則較為遲鈍。但‘精毯’玉簪在不同光照條件下的葉片凈光合速率均較高，對光照吸收利用最為有效。當然也存在另外一種可能，就是‘精毯’玉簪在光強高于40 lx的凈光合速率處于較高水平，僅在低于40 lx時才有所降低。與單一因素影響結果不同的是，光質、光強互作對試驗結果產生不同效果。‘寵物’玉簪組培苗葉片凈光合速率在弱光條件下表現兩個極端，分別在CK×40 lx和B×40 lx處理時達到最高值和最低值。而‘精毯’玉簪則在強光條件下出現生長極端，分別在7R3B×100 lx與RB×100 lx條件下達到最高和最低值。同時，在同一光質條件下，‘寵物’和‘精毯’玉簪凈光合速率有一半以上在40 lx下的數值大于100 lx。這說明高光強有時反而不利于植物生長，可能在促進植物生根的同時降低了植物光合作用，或是促進植物某些初級代謝產物積累的同時降低了次級代謝產物的積累［21］。

綜上，本研究得出‘精毯’玉簪的葉片凈光合速率明顯高于其它兩個品種，進一步說明‘精毯’玉簪對于不同光照條件的吸收利用最為高效；低強度的LED燈對‘寵物’和‘黃皺葉’玉簪品種凈光合速率較為有利。因此，低強度的LED燈對玉簪品種的擴繁、生產最為節能和高效。